Research Article

Horticultural Science and Technology. August 2020. 451-461
https://doi.org/10.7235/HORT.20200043


ABSTRACT


MAIN

  • 서 언

  • 재료 및 방법

  •   실험 재료

  •   침수기간에 따른 발아율 조사

  •   침수처리 기간과 온도에 따른 발아율 조사

  •   수침 월동시험

  •   통계 처리

  • 결과 및 고찰

  •   침수처리 기간에 따른 발아율 조사

  •   침수처리 기간과 온도에 따른 발아율 조사

  •   수침 월동시험

서 언

고추(Capsicum annuum L.)는 남미의 열대지역 원산인 가지과(Solanaceae) 작물로 한국의 노지 채소 작물로서 가장 중요한 채소로 그 재배면적은 약 32,000ha이며 78,000톤의 건고추가 생산된다(Lee et al., 2015). 국내에서 고추재배 방법은 다양하고 연중 재배되며 그에 따라 병충해 방제는 가장 큰 문제 중의 하나이다. 그 가운데 바이러스 병은 큰 피해를 주는 것은 잘 알려져 있다(Lee et al., 2004; Kim et al., 2019).

고추는 60여 가지의 바이러스를 포함한 많은 병충해의 피해를 받는다(Kenyon et al., 2014). CMV는 박과채소를 비롯하여 고추 등에 피해를 주어 작물 수량을 크게 감소시킨다(Kang et al., 2005; Choi et al., 2015). 고추가 CMV에 감염되면 수량이 작게는 20-30%(Ryu et al., 2009), 많게는 80%(Avilla et al., 1997)가 감소되어서 농가 경영 수지에 큰 타격을 준다. 그래서 고추의 CMV에 대해 경종적(Lee et al., 2017) 및 화학적 방제(Perring et al., 1999; Kenyon et al., 2014)를 시도해왔으며 육종적으로는 내병성 품종의 육성이 그 동안 이루어졌다(Dufour et al., 1989; Lapidot et al., 1997; Suzuki et al., 2003). 전통적인 육종과 함께 국내에서도 CMV 내성 GMO 품종의 육성을 대학, 연구기관, 개인 육종회사가 연계하여 진행하여 왔다(Lee et al., 2008; Choi et al., 2018). 현재 전 세계의 24개국에서 GMO 작물을 재배하고 43개국이 수입해서 식품, 사료, 가공 등에 이용하고 있다(Park et al., 2018). 동남아의 한국, 일본, 중국도 경쟁적으로 GMO 연구를 하고 있으며(Tiberghien, 2012), 이러한 국제적인 추세에 따라 국내에서는 농촌진흥청이 중심이 되어서 2011년부터 GMO 작물을 육성하는 국가연구개발사업의 일환인 차세대BG21사업을 수행하고 있지만(Park et al., 2018), 여러 가지 국내 여건으로 GM 채소작물 품종의 등록이 거의 없다.

이와 같은 시점에서 국내에서 개발한 CMV 내성 고추 품종을 농촌진흥청의 ‘형질전환작물의 위해성 평가와 품종등록’(Lee et al., 2008; RDA, 2009) 조건에 맞추기 위하여 바이러스 내성 GM 고추의 환경 위해성 평가 항목 중 농업적 특성 평가(Cho et al., 2009; Ryu et al., 2009)와 연계한 연구로 이 시험을 하게 되었다.

지금까지 국내외에서 채소의 단순한 수중 발아성 비교(Park and Park, 1985), 산채 등의 priming 처리(Park et al., 1998; Moon et al., 2003), 염 용액을 이용한 고추의 priming 처리(Smith and Cobb, 1991; Demir and Mavi, 2008; Ozbay, 2018), 그리고 고추 식물체의 72시간 침수처리(Lee et al., 2017) 등의 연구는 있었으나 고추의 과실 또는 종자의 수중 장기 침적에 따른 발아 특성 구명은 보고된 바가 없다.

따라서 본 연구는 gene-flow가 예상되는 facts 중에 재배지역의 집중호우 시 GM 고추가 비의도적으로 유출이 되어 생태계 교란을 일으키는 위험성에 대비(Gao, 2010)하고자 물속에 수침(water-soaking)된 고추 열매의 발아력 지속 가능성을 구명하여 GM 작물의 프로토콜 작성을 위한 기초자료를 확립하고자 수행하였다.

재료 및 방법

실험 재료

본 연구에 사용한 공시품종은 ㈜농우바이오에서 재배용으로 판매되고 있는 고추 품종 2종류[‘마니따(배로 마니따)’, ‘신강’]와 고추 야생종인 ‘P-2377’, CMV-CP 단백질을 Agrobacterium법을 이용하여 ‘P-2377’에 형질전환을 하여 개발된 CMV 내성 고추 ‘H-15’를 사용하였다(Cho et al., 2009). 고추 2품종(‘P-2377’, ‘H15’)은 ㈜농우바이오에서 제공받았으며, 실험에 사용한 고추 품종의 과실과 종자의 특성은 Table 1과 같다.

Table 1.

Characteristics of pepper varieties used in this study

Characteristics P-2377z H-15 Manita Shingang
Plant height (cm) 106 108 109 135
Fruit length (cm) 8.21 8.47 14.6 8.12
Fruit weight (g) 10.9 10.5 27.2 9.0
Seed color yellow yellow yellow yellow
Seed size medium medium medium medium
No. seeds/fruit 159.6 ± 28.4 158.6 ± 15.8 172.7 ± 32.7 140.7 ± 35.3
Thousand seed weight (g) 6.30 ± 0.2 5.87 ± 0.2 6.06 ± 0.6 4.76 ± 0.3
Hot taste medium medium low high

zParental pepper line: 'P-2377', transgenic CMV-tolerant pepper line: 'H-15', general cultivars: 'Shingang', 'Manita' (Nongwoo-Bio Co.).

시험 지역은 경기도 소재에 있는 고려대학교 GMO 환경위해성평가기관 격리포장(37° 35'01.78 N, 127°14'01, 12E)에서 실시하였으며, 고추 과실 및 종자를 얻기 위한 재배방법은 기 발표된 논문(Cho et al., 2009)와 같은 관행적인 방법을 이용하였다.

침수기간에 따른 발아율 조사

본 시험은 2013년 9월부터 11월까지 60일간 진행하였다. 완숙된 고추 과실을 4품종을 각각 양파 망(21 × 51cm)에 120개씩 넣고 200L 물통에 돌을 매달아 침수시켰다. 흐르는 냇가(stream)에 침수된 것처럼 시뮬레이션 시험을 하기 위하여 지하수(깊이 100m, 수온 20 ± 2°C)를 시험기간 동안 지속적으로 공급하여 물을 맑게 유지시켜 주었다.

침수처리 후 15일째부터 5일 간격으로 품종당 10개의 고추를 꺼내서 과실과 종자(물에 뜨는 종자는 제외)를 분리하여 종자를 수세하고, 상온에서 72시간 건조시킨 다음 발아시험을 하였다(ISTA, 1993). 시험은 4반복 치상을 하였고, 온도는 20 ‑ 30°C 변온에서 14일째 발아율을 조사하였다. 조사기간은 수침 후 10일부터 조사하여 5일 간격으로 60일(2개월)까지 총 10회 조사하였다.

침수처리 기간과 온도에 따른 발아율 조사

본 시험은 1차 시험에서 침수처리 후 2개월 간 고추 종자의 발아력이 유지되는 예상 밖의 결과를 확인하고, 수온에 따른 종자의 발아유지기간을 확인하기 위해 고추 과실과 종자를 분리하여 수행하였다. 과실처리는 2015년 8월 첫 수확한 적색 과실(적과)을 꼬투리가 붙은 상태로 각각 10개씩 지퍼백(Ziploc®, 12 × 18cm)에 넣었다. 종자처리는 수확한 과실에서 종자를 분리하여 물에 뜨는 종자는 버리고 각각 약 600립을 동일한 지퍼백에 넣었다. 그리고 과실과 종자 부피의 3배 정도가 되는 증류수를 채운 다음에 인큐베이터에서 0°C, 20°C, 30°C로 3반복 처리하였다.

수침 과실은 온도처리 후 1개월 간격으로 총 3회에 걸쳐서 지퍼백에서 꺼내어 종자를 분리한 후 3일간 상온에서 건조한 후에 발아시험을 1차 시험과 동일하게 실시하였고, 발아율은 14일째 조사하였다(ISTA, 1993). 종자도 반복당 각각 약 200립을 꺼내서 수세하고 동일한 방법으로 건조한 후 발아실험을 통해 발아율을 조사하였다.

수침 월동시험

GM 고추를 재배하는 동안 기상이변(강우, 태풍 등)의 영향으로 인하여 과실이 재배지역에서 비의도적으로 유출되어 수중에 잠긴 상태로 월동할 때 과실 및 종자의 발아율 유지기간을 구명하고자 동계기간에 2회(2014 ‑ 2015년, 2015 ‑ 2016년)에 걸쳐 본 시험을 실시하였다

2014년 시험은 10월에 수확한 적과를 11월 14일 양파 망에 넣고 수침한 후 4개월이 경과한 시점인 2015년 3월 15일부터 1개월마다 발아율을 측정하였으며, 수침 8개월이 경과한 시점(7월 15일)까지 총 5회 실시하였다.

본 시험은 GMO 격리포장 내 빗물이 모이는 콘크리트로 만들어진 집수조(7 × 7 × 1.5m, 평균 수심 1.2m 내외)에서 실시하였다. 수확한 고추의 과실은 품종별로 200개씩 양파 망에 담고 돌을 매달아 집수조 바닥에서 10 ‑ 20cm 위치에 머물도록 하였다. 수침한 후 4개월이 경과한 시점부터 1개월마다 비교적 상태가 양호한 과실 10개씩을 꺼내서 과육과 종자를 분리시킨 후 종자를 수세하고 3일간 상온에서 건조 후에 앞서 시험과 동일하게 발아시험을 하였다(ISTA, 1993). 시험 수조는 1월부터 2월말까지 두께 3 ‑ 5cm 얼음이 덥혀있었고, 수심 1m의 수온은 5°C 내외를 일정하게 유지되었으나 4월부터는 온도가 상승하는 경향을 보였다. 10일 간격으로 수심 1m 위치의 수온을 오전 10시에 체크하였고 평균하여 월별 수온으로 정하였다.

2015년 시험은 10월에 수확한 적과를 11월 9일 양파 망에 넣고 수침한 후 4개월 경과한 시점인 2016년 3월 10일부터 1개월마다 발아율을 측정하였으며, 수침한 후 9개월이 경과한 시점(8월 10일)까지 총 6회 조사하였다. 실험의 모든 처리과정은 2014년과 동일하게 실시하였다.

통계 처리

본 연구는 유전자변형 품종(GM)과 모본(non GM) 간의 차이점을 우선적으로 규명하고, 고추 품종별의 발아율 차이 비교를 위하여 SPSS 12.0 window를 이용하여 Duncan의 다중분석을 도입하여 조사단계별로 비교하였다.

결과 및 고찰

침수처리 기간에 따른 발아율 조사

수침 후에 종자를 분리해서 기내 발아시험을 한 결과, 수침 10일째부터 25일까지 4품종 모두 85% 이상의 발아율을 보였다(Table 2). EU 규정에 의하면 채소 종자의 품종 별 판매가 가능한 최소 발아율은 65%(당근, 파슬리), 70%(무, 배추, 콜라비), 75%(토마토, 멜론, 강낭콩, 양배추, 콜라비) 및 85%(순무, 오이, 강낭콩) 이상이어야 한다고 하였다(Park and Lee, 1999). 그러므로 이론적으로 25일간 수침한 고추 4품종 종자는 물에서 꺼내어 건조하여도 판매할 정도 발아율을 갖는다는 점이다. 모본인 ‘P-2377’과 ‘마니따’는 발아율이 80% 이하로 발아가 떨어지는 시기가 수침 30일째, ‘H-15’는 35일, ‘신강’은 40일 이후였다. 40일째는 ‘신강’을 제외하고 50%대로 발아율이 낮아졌으며 60일째 침수처리에도 청양고추 계열의 매운 ‘신강’은 50%대의 발아율을 유지하였으나, 일반노지 고추 계통의 과실이 큰 ‘마니따’는 발아율이 급격히 저하되어서 가장 낮은 12%대를 유지하였다(Table 2, Fig. 1). 60일째(2개월)가 되면 ‘P-2377’, ‘H-15’는 발아율이 각각 28%과 18%로 4품종 중에 중간 정도 발아율을 유지하였으나, 두 품종 간에는 유의적 차이가 없었다. 4품종 모두 장기간 물속에 있을 경우에 고추 종자의 초기 노란색이 탈색되어 갈변하는 경향이 뚜렷하였으며(Fig. 1), 종피에 녹조가 발생하는 현상도 나타났다.

Table 2.

Effects of immerging treatment (20 ± 2°C) on seed germination rate of pepper during autumn season in 2013 (Sep.-Oct.)

Varietyz Germination rate (%)
Water soaking treatment (day)
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
P-2377 87 ay 92 a 86 a 75 ab 77 b 54 b 47 b 39 b 40 b 28 b
H-15 90 a 88 a 90 a 86 a 73 bc 53 b 56 b 32 b 43 b 19 bc
Shingang 92 a 97 a 96 a 86 a 89 a 75 a 66 a 57 a 54 a 52 a
Manita 83 a 97 a 85 a 63 b 64 c 50 b 51 b 32 b 28 c 12 c

zParental pepper line: P-2377, transgenic CMV-tolerant pepper line: H-15, general cultivars: 'Shingang', 'Manita' (Nongwoo-Bio Co.).

yMeans separation with in columns by Duncan's multiple range test at p < 0.05.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kshs/2020-038-04/N0130380404/images/HST_38_04_04_F1.jpg
Fig. 1.

Changes of germination rate during soaking period of pepper (Baerota → Baerota Manita).

수침한 종자의 발아율이 저하되는 것은 수중에서 일어나는 노화(aging)로 설명할 수가 있다. 종자가 직접 물과 접촉하면 매일 신선한 물로 수중 산소 공급이 되더라도 장기간 수침에 따른 과잉 흡수로 종자 내부의 산소 부족, 종자 중의 양분의 유출 등의 원인으로 노화가 진행되면서 발아율이 저하되는 것으로 보인다(Park et al., 2019).

매운 고추 ‘신강’이 다른 품종에 비하여 발아력을 높게 유지하는 것은 capsaicin의 항균작용에 기인한 것으로 보인다. Capsaicin은 고추 종자에 많이 들어있으며 항균(Zimmer et al., 2012) 및 항산화(Zhaung et al., 2012; Yi et al., 2019) 작용이 있다. 이 연구에서는 capsaicin 분석을 실시하지 않았으나 ‘청양’ 계통의 ‘신강’이 수중에서 60일 동안 52%의 발아율을 유지한 것은 4품종 중에 가장 높은 capsaicin 함량에 기인한 것으로 보인다. ‘마니따’는 반대로 과일도 크고 캡사이신 농도가 낮아 매운맛이 적은 건고추로 12%대의 가장 낮은 발아율을 보였다고 추론된다. Yi et al.(2019)은 ‘BN54(오이고추)’의 당 함량이 ‘청양’ 고추보다 약 3배 높은 반면, capsaicin 농도는 1/14배 정도로 매우 낮다고 보고한 바 있다.

수중에서 발아가 가능한 채소는 셀러리와 watercress 정도라고 알려져 있다(Morinaga, 1925). Park and Park(1985)은 수중에서 발아를 하지 못하는 채소 종류를 고추, 가지, 무, 양배추, 양파, 멜론, 서양호박, 완두 강낭콩, 수중 발아가 가능한 채소로 상추, 당근, 셀러리를 제시했다. 다만 오이는 24시간, 호박은 48시간 침종처리에 의해 발아가 촉진되나 그 시간 이상의 침종처리는 발아를 억제한다고 하였다. Smith and Cobb(1991)는 고추 종자의 삼투포텐셜 증진을 위해서 priming solution에 최대 17일까지 침적을 해도 발아가 된다고 하였다. 기존 연구를 종합하면 고추 종자는 17일 정도는 수침이 가능하다. 그러나 본 연구에서 신선 고추 열매 내의 종자가 60일(2개월) 간 수중에서 발아력을 유지한 것은 지금까지 실용성이 없어서 연구된 바가 없으나 매우 특이한 결과로서 이는 고추 종자의 유전적인 특성으로밖에 설명을 할 수가 없다고 생각된다.

GM 모본인 ‘P-2377’과 GM 품종 ‘H-15’ 간에는 수중 발아력의 차이가 없음은 Cho et al.(2009)이 두 품종의 지역 간, 재배 연도 간에는 차이는 인정되나 초장, 과실 크기, 수량 등 모든 농업적 특성의 차이가 없었던 결과와 일치하였다. 앞으로 고추 과실의 내수성(water tolerance)과 capsaicin 함량과의 관계를 다양한 품종을 대상으로 연구할 필요가 있다고 판단된다.

침수처리 기간과 온도에 따른 발아율 조사

적과 및 나출 종자(naked seed)의 온도에 따른 발아 비교시험에서 수침 1개월 후에 과실 속 종자의 발아율은 10°C에서 4품종 평균 약 60%대였으나, 20°C에서는 약 20%대, 30°C에서는 10%대를 나타내었다(Table 3). 그러나 나출 종자는 10°C와 20°C에서 4품종 평균이 각각 약 90%대로 품종 간에 차이가 없었고, 30°C 고온의 경우에는 ‘P-2377’과 ‘H-15’는 각각 46%, 50%, ‘신강’은 24%, ‘마니따’는 14%를 유지했다. 2개월 수중 저장 시 과실 속 종자는 4품종 모두 30°C에서는 전혀 발아되지 않았으며, 20°C에서는 4품종이 10%대의 발아율을 나타냈다. 10°C에서는 ‘신강’만 63%의 발아율을 나타내었고, ‘P-2377’과 ‘H-15’는 각각 31%과 29%이었으며, ‘마니따’는 15%로 가장 낮았다. 이에 비해 나출 종자는 30°C에서는 4품종 모두 10% 발아율을 보이는 반면, 10°C와 20°C에서는 1개월 전보다 평균적으로 약간 떨어지는 80% 후반의 발아율을 보였다. 3개월째에는 과실 수침처리된 ‘P-2377’과 ‘H-15’의 종자는 모든 온도 대에서 발아하지 않았다. 그러나 ‘신강’은 34%, ‘마니따’는 10%의 발아율을 유지하였다.

Table 3.

Effects of temperature and immersing period on seed germination rate of four pepper (Capsicum annuum) varieties

Varietyz Temp. (°C) Germination rate (%)
1 month soaking 2 month soaking 3 month soaking
Fruity Seedx Fruit Seed Fruit Seed
P-2377 10 74 aw 88 a 31 b 86 a - 86 a
20 26 b 86 a 10 c 88 a - 84 a
30 4 d 46 b -v 14 b - 10 b
H-15 10 68 a 90 a 29 b 86 a - 90 a
20 27 b 86 a 10 c 90 a - 84 a
30 13 cd 50 b - 14 b - 10 b
Shingang 10 67 a 92 a 63 a 86 a 34 a 86 a
20 34 b 98 a 15 c 94 a - 92 a
30 18 c 24 c - 12 b - -
Manita 10 69 a 94 a 15 c 90 a 10 b 90 a
20 10 c 90 a 5 c 91 a - 86 a
30 10 cd 14 c - 14 b - -

zParental pepper line: P-2377, transgenic CMV-tolerant pepper line: H-15, general cultivars: 'Shingang', 'Manita' (Nongwoo-Bio Co.).

ySoaking with fresh red pepper fruits.

xSoaking with fresh red pepper seed only.

wMeans separation with in columns by Duncan's multiple range test at p < 0.05.

vNot measured.

반면에 종자만 수침한 것은 10°C와 20°C에서는 지속적으로 80%대 후반의 발아율을 유지하였지만, 30°C에서 ‘P-2377’과 ‘H-15’는 10%대를 보였다.

과실을 20°C에서 2개월 수침한 후 발아율을 보면, ‘신강’이 가장 강하고 ‘마니따’가 가장 낮으며, ‘P-2377’과 ‘H-15’가 중간이었다. 이는 첫 실험에서 20°C를 유지한 시험과 유사한 경향을 보였다. 다만 본 실험은 인큐베이터에서 실시하였으므로 흐르는 물이 아닌 비닐백에 과실을 넣어서 저장하여 물속의 산소가 저하되고, 미생물이 번식하여 ‘P-2377’과 ‘H-15’은 약 10%, ‘신강’은 40% 정도 낮게 나타났다고 본다.

지퍼백에 넣은 과실의 저장 중에 관찰한 사항은 1개월째에 비닐 지퍼백 내의 물의 색이 하얗게 변하고 기포가 생기고 악취가 발생했는데 그 정도는 30°C가 가장 강했고 다음이 20°C였으며, 10°C는 2개월째부터 나타나 3개월째에 심했다. 이는 고추 과실의 표면에 묻은 균류가 고추의 과피에 함유한 탄수화물을 비롯한 다양한 성분을 분해하면서 생기는 물질로 생각된다. 고추나 파프리카에는 당을 포함한 fatty acids, amino acids 등 미생물이 좋아하는 다양한 물질들이 포함된 것으로 알려져 있다(Guil-Guerrero et al., 2006; Kim et al., 2019).

과실의 수중 침수 2개월째가 되면서 20, 30°C 처리구에서의 발아율이 0%가 되는 결과는 일반적으로 발아율이 30°C에서 저장하면 10°C보다 급격하게 떨어진다는 Murata et al.(1981)의 결과와 일치된다. 이는 침수조건에서 종자 내의 유독물질 형성, 효소 및 DNA 활력 저하, 세포막 투수성 저하 등(Greer and Zamenhof, 1962)과 미생물의 만연으로 용존 산소의 감소가 원인이라 생각된다. 10°C의 저온에서는 종자 활력이 잘 유지되고 미생물의 활동이 어려운 것이 발아능을 3개월간 유지시킨 원인으로 추측된다(Kim et al., 2019).

종자의 침수처리에서는 10°C와 20°C에서 3개월이 되어도 4품종이 발아율이 80%대 후반을 유지하였는데 종자를 저장한 비닐 내의 물색은 투명한 채 유지되었다. 다만 30°C 처리에서는 ‘신강’과 ‘마니따’는 3개월째에 전혀 발아가 안되고 ‘P-2377’과 ‘H-15’는 10%대를 유지하였다. 이상의 결과로 수중에서의 발아율 저하는 품종보다 수중온도가 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.

3개월째 30°C의 고온에서 발아율이 급속하게 저하되는 것은 앞서 언급한 것과 같이 종자 내의 저장양분의 소모(Park et al., 2019), 미생물의 번식, 종자 내의 효소 활동 증가에 의한 노화와 비닐백 내의 산소농도의 저하 등이 원인으로 생각된다. 용존 산소는 10°C에서 11.3ppm, 20°C에서 9.3ppm, 30°C에서는 7.6ppm으로 30°C에서는 10°C에서보다 30% 이상 감소한다(Park and Kim, 2017). 그래서 수중에서 발아력을 조금이라도 증진하려면 H2O2를 공급해서 용존 산소를 증가시켜야 한다(Morinaga, 1925). 10°C 저온에서는 용존 산소가 많고 미생물의 번식이 더디기 때문에 발아율이 유지되는 것으로 본다. 일반적으로 발아의 요인은 물, 산소, 광, 영양소인데 저온에서는 종자 자체의 활동이 정체되고 산소 농도의 유지가 고온 조건보다 좋아서 종자 활력(seed viability)이 오래 지속되었다고 본다(Roberts, 1973). 고온이 종자의 발아력을 떨어뜨리기 때문에 일반 종자의 저장고 온도는 10 ‑ 15°C를 유지한다(Park et al., 2019). 종자 저장 시 0 ‑ 50°C 사이에서 5°C가 상승하면 종자 수명은 반감된다(Harrington, 1972). 따라서 수침 저장이지만 고온이 과일 속의 종자나 나출된 종자의 발아율 저하에 크게 영향을 주었다고 생각된다.

수침 월동시험

GM 고추의 성숙된 과실이 자연재해로 인해 GMO 시험재배지역으로부터 유출되어 침수 상태에서 월동한 다음에 생태계 교란을 가져올 가능성에 대하여 구명하고자 월동 침수 시험을 2년간 실시하였다. 1차 년도(2014 ‑ 2015)에서 발아율의 차이는 있어도 ‘P-2377’, ‘H-15’, ‘마니따’는 7개월째인 6월 중순, ‘신강’은 8개월째인 7월 중순까지 발아율을 유지하였다(Table 4). 2차년도(2015 ‑ 2016)의 4품종의 발아율은 품종 간의 차이는 있어도 전년도의 시험과 유사하게 ‘마니따’ 이외는 7개월까지 3품종, 그리고 ‘H-15’와 ‘신강’은 8개월이 지난 7월 초순까지 발아능력을 보유하였다.

Table 4.

Effects of reservoir underwater treatment period on germination rate of pepper fruits (Capsicum annuum) during winter seasons in 2014 ‑ 2015

Varietyz Germination rate (%)
4 months (15 Mar.)y 5 months (14 Apr.) 6 months (15 May) 7 months (15 Jun.) 8 months (5 Jul.)
P-2377 25.3 cx 11.0 ab 7.0 b 5.0 b -w
H-15 11.3 d 14.5 ab 0.1 b 0.1 b -
Shingang 63.0 a 23.0 a 19.5 a 21.0 a 6.0
Manita 39.0 b 8.0 b 7.5 b 2.5 b -
Av. Water Temp. (°C) 6 14 19 21 24

zParental pepper line: P-2377, transgenic CMV-tolerant pepper line: H-15, general cultivars: 'Shingang', 'Manita' (Nongwoo-Bio Co.).

ySoaking began on 14 Nov. 2014, 1-m depth underwater in reservoir (7 × 7 m, depth 1.5 m).

x Means separation with in columns by Duncan's multiple range test at p < 0.05.

wNot measured.

2014년 겨울에는 수온이 3월 평균 6°C를 유지하다가 4월에 14°C, 5월에 19°C로 급상승하는 데 비해, 2015년에는 수온이 3월 평균 5°C, 4월 10°C, 5월 14°C로 4 ‑ 5월 온도가 5°C 정도로 낮아서 2015년 수중 월동 고추의 평균 발아율이 높았다고 생각된다(Table 5). 이는 2015년 겨울철과 이른 봄의 물의 온도가 낮아 2014년 겨울보다 저온에 의한 종자의 생리적인 노화(Harrington, 1973; Park et al., 2019)가 다소 완만하게 진행되었기 때문으로 판단된다.

Table 5.

Effects of reservoir underwater treatment period on germination rate of pepper fruits (Capsicum annuum) during winter seasons in 2015 ‑ 2016

Varietyz Germination rate (%)
4 months
(10 Mar.)y
5 months
(10 Apr.)
6 months
(10 May)
7 months
(10 Jun.)
8 months
(10 Jul.)
9 months
(10 Aug.)
P-2377 63 ax 57 a 29 b 11 b - -
H-15 58 ab 61 a 59 a 34 a 9 a -
Shingang 61 a 64 a 47 a 12 b 4 a -
Manita 46 b 18 b 12 c -w - -
Av. Water Temp. (°C) 5 10 14 21 23 27

zParental pepper line: P-2377, transgenic CMV-tolerant pepper line: H-15, general cultivars: 'Shingang', 'Manita' (Nongwoo-Bio Co.).

ySoaking began on 14 Nov. 2015, 1-m depth underwater in reservoir (7 × 7 m, depth 1.5 m).

x Means separation with in columns by Duncan's multiple range test at p < 0.05.

wNot measured.

2년간 시험에서 수온 10°C대에서는 고추 종자의 발아율이 어느 정도 유지되나 2015년 5월, 2016년 6월에 수온이 20°C가 되면 그 이후에는 발아율이 떨어졌다. 이와 같은 경향은 앞서 온도처리 시험에서 10°C에서 발아율이 장기간 유지된 것과 같은 결과이다. 또한 Harrington(1972)Delouche et al.(1973)이 언급한 바와 같이 채소 종자의 저장성은 저온에서보다 고온이 되면 크게 떨어진다는 것과 일치한다. Murata et al.(1981)도 보리에서 종자 내의 높은 함수율과 30°C 이상 고온처리는 종자의 노화(aging)로 인한 급격한 발아율의 저하를 보고한 바가 있다. 고추가 수중에서 발아력을 가지는 것은 한계가 있으나 20°C 이상 고온에서의 발아력 감소는 앞서 수온시험과 동일한 결과로 본다.

매운 고추 ‘신강’은 앞선 두 실험에서처럼 침수 내성이 높아서인지 가장 긴 기간인 7 ‑ 8개월 간 물속에서 발아력을 유지하였다. 이는 높은 매운맛이 수중생물의 피해를 줄이고 capsaicin, 항산화물질 등이 4품종 중에 가장 많아 수중내성을 증가시켰다고 본다(Guil-Guerrero et al., 2006; Yi et al., 2019). 동계 수중 월동시험에서 역시 과일이 크고, 매운맛이 적은 ‘마니따’가 수중 발아능 유지기간이 6 ‑ 7개월로 가장 짧았다.

지금까지 토마토(Santos and Yamaguchi, 1979)나 파프리카(Marrush et al., 1998)에서 종자가 과실 내에서 발아하는 수발아(vivipary) 현상은 보고된 바는 있으나 수중에 침수된 7개월 된 고추 종자가 수온이 20°C 이상이 되면 발아하는 현상을 본 연구에서 처음 발견하였다(Fig. 2). 이는 수중 1m에는 광이 들어가고 발아적온이 되면 종자로서 수중에서도 생명력을 발휘하여 종족을 보존하려는 마지막 생리작용으로 판단되었으며 생장을 위하여 배축에 엽록소까지 형성되는 것을 관찰할 수가 있었다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kshs/2020-038-04/N0130380404/images/HST_38_04_04_F2.jpg
Fig. 2.

CMV-resistant pepper (H-15) seeds germinated in underwater after 7-month soaking treatment at a water reservoir (7 × 7 × 1.5 m) during winter seasons in 2014 ‑ 2015.

수온이 20°C가 되면 수조에 있는 미생물 및 곤충이 양파 망에 침입하여 물에 불은 종자를 섭취하기 때문에 수세하면 많은 빈 껍질 종자가 뜨는 상태였다. 그런 자연생태계에서 GMO 고추와 non GM 고추종자가 물속에서 7 ‑ 8개월 동안 발아력을 가지고 스스로 발아할 수가 있다는 것은 전혀 예상하지 못한 결과였다. 이는 단순히 고추의 수중 발아능에 대한 국내외 최초 연구로서 가치뿐만 아니라, GMO 환경위해성에 대한 안전성 평가에도 중요한 의미가 있다고 판단된다. 즉, 고추는 수중에서 7 ‑ 8개월 간 발아력을 유지되므로 그 만큼 GMO 고추가 폭풍우나 기타 요인에 의하여 허가되지 않은 재배지역으로 유출되지 않게 관리하여 환경오염을 방지하는 데 신경을 많이 써야 한다는 것이다. 그 점에서 환경생태 영향 평가의 적용에도 연구가치가 매우 크다고 생각된다.

수중 발아력 유지기간을 구명한 4가지 시험에서 GM고추 ‘H-15’와 모본 ‘P-2337’의 두 품종 간 차이가 없는 결과는 앞서 3지역 적응시험(Cho et al., 2009), 식품적인 특성 시험(Son, 2015)에서 나타난 결과와 동일하여 GM 작물 위해성평가 프로토콜 작성에 참고가 될 것으로 판단된다.

본 연구에서 매운 고추 ‘신강’의 수중 발아력 유지가 여러 온도 범위나 여러 조건에서 비교적 잘 되는 것으로 미루어 다양한 capsaicin 농도를 가진 고추의 GM 및 일반 품종을 수중생물의 피해가 배제된 방법을 도입하여 고추의 수중 발아력 유지 최장기간을 구명할 필요가 있다고 생각된다.

Acknowledgements

본 연구는 농촌진흥청 공동연구사업(PJ008371 2013)의 지원에 의해 수행되었음.

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